复杂多尺度扩展目标散射中心模型研究

This project aims to study scattering center model and scattering center theory for modern radar target, complex multiscale extended target. Based on formation mechanism of scattering center under different scale and scattering mechanism, as well as the interference law of multiple scattering centers, a mechanical scattering center model for complex multiscale extended target will be developed. Physical parameters of target and radar are used as the main parameters in this model, therefore this model has higher readability and extendibility than the traditional model, which is particularly important for its application in radar signal processing. Considering the inadequacy of existing scattering center theory, a new scattering center theory based on sparsification of induced currents on target and simplification of electromagnetic field integral equation will be developed. Based on this theory, scattering center modelling is translated to find the sparse representation of induced currents. Compared with the traditional method of scattering center modelling, this method does not need to carry on the complex approach, such as ray tracing, mathematical modelling and optimal estimation，only employ the induced currents computed by full-wave numerical method to acquire the attributes of scattering centers by sparsification and simplification. Therefore attributes of scattering centers is of higher reliability, and the physical meaning of scattering centers is of higher clearness. The research results of this project can be combined directly with radar signal processing, in order to develop new techniques for modern radar, such as high resolution imaging, high precise tracing and precise identification of interceded part of target.

围绕现代雷达目标-复杂多尺度扩展目标，本项目着重展开多散射中心模型和多散射中心理论的研究。通过对不同尺度、散射机理下散射中心的形成机理和其属性特征的研究，以及多散射中心之间干扰规律的研究，提出多散射中心机理性模型，即在保证模型精度的前提下，以目标物性参数、雷达系统参数作为模型主要参数，提高散射中心模型以及参数的可读性、可扩展性，这对散射中心模型的应用尤为重要。同时，针对现有散射中心理论的不足，提出基于目标感应电流源稀疏化和电磁场积分方程简化的新散射中心理论研究方法，将目标散射中心研究过程，转化为电流源稀疏化的过程。与传统方法相比，该方法不需要光线寻迹、数学建模、最优估计等这一复杂过程，而是通过对全波法得的精确感应电流的稀疏性分析获得散射中心属性，模型参数精度的可靠性更高、物理含义也更明确。本项目研究结果可与雷达信号处理理论融合，为探索我国新一代高分辨率雷达探测、跟踪、识别技术奠定理论基础。

多尺度扩展目表的多散射中心复杂性和多样性对现代雷达技术（如精确制导、目标要害部位的识别等）引入了新的问题，但另一方面，正由于这类目标所固有散射特性，可以作为重要的识别特征应用于雷达目标的探测和识别。目前，多尺度扩展目标的多散射中心精确建模是雷达高分辨技术、电磁仿真技术、目标散射特性研究领域中共同关注的重要基础问题。.本项目开展了多尺度雷达目标的散射中心形成机理和参数化建模的研究。通过对不同尺度、散射机理下散射中心的形成过程，提出了散射中心的机理性模型，即以目标的物性参数、雷达系统参数作为主要参数的数学模型，提高散射中心模型的可读性、可扩展性。可扩展性对散射中心模型的应用尤为重要，若已有模型中的参数与目标的几何结构、雷达相对方位、以及雷达系统参数之间的关系还不明确，当外目标形尺寸稍有改变，模型参数可能存在较大差别，原参数不再适用需要重新建模，因此在实用性上存在极大限制，也不能满足目标识别的需求。.针对小尺度不规则结构散射机理不清晰、散射中心建模困难的问题，本项目提出了基于目标等效电流的散射中心建模新方法，通过对于电流源分区、建模过程实现散射波中独立散射成分的参数化建模。与传统方法相比，该方法不需要依据散射类型进行模型函数预选、依据光线寻迹位置预估等逆向迭代过程，而是由全波法得等效电流正向处理获得散射中心模型，具有建模精度可控、建模可以自动化实现等优点。.本项目的研究成果已应得到应用，如针对弹头的散射中心建模技术已应用于半实物仿真系统、雷达测角仿真、脱靶量估计等；针对飞机类目标的散射中心建模已应用于飞机目标几何结构反演、角闪烁仿真等。这些应用实例印证了散射中心是目标散射的固有特征之一，散射中心的属性决定了雷达回波特征和图像特征。对散射中心现象的认知和规律的掌握，丰富目标散射中心属性信息、明确其物理意义、提高散射中心模型的精准度、通用性，对雷达性能的发展具有重要的科学意义。